Газорозрядний субміліметровий лазер з зовнішніми електродами

Газорозрядний лазер, що містить резонатор, циліндричні електроди збудження, які встановлені зовні діелектричної розрядної трубки резонатора, і джерело струму накачування низької частоти, який відрізняється тим, що циліндричні електроди збудження встановлені щодо діелектричної розрядної трубки резонатора із зазорами, заповненими рідким електролітом, і мають розширювальні бачки-радіатори, що з'єднані із зазорами електродів збудження, до яких підключений генератор струму накачування низької частоти Т 1 Под Винахід, що пропонується, відноситься до лазерної техніки і може знайти застосування для створення газорозрядних лазерів із підвищеним ККД і надійністю, придатних для використання в медичних дослідженнях Останнім часом субміліметрові газорозрядні лазери знаходять застосування в медичних дослідженнях При цьому до них пред'являються підвищені вимоги щодо надійності, ККД і екологічної безпеки Найбільш повно вимогам надійності і ККД відповідають лазери із ЗОВНІШНІМИ електродами, у яких збудження газового розряду здійснюється крізь стінки розрядної трубки Для збудження розряду в цих лазерах застосовуються струми високої частоти, які створюють при цьому потужні паразитні електромагнітні поля в навколишньому просторі, що неприпустимо в бюмедичних дослідженнях Отже, для широкого застосування субміліметрових лазерів у бюмедичних дослідженнях і інших екологічно чистих застосуваннях необхідно створення лазера, що включає в себе переваги накачування ЗОВНІШНІМИ електродами і вільного від недоліків високочастотного накачування Для збудження такого лазера доцільно використовувати струм низької частоти Проте відомо, що при використанні струму низької частоти різко зростають втрати в діелектриках У лазерах із ЗОВНІШНІМИ електродами це викликає сильний перегрів розрядної трубки під електродами і призводить до електрич ного пробивання розрядної трубки Тому необхідно вирішити проблему пробивання розрядної трубки в субміліметрових лазерах із ЗОВНІШНІМИ електродами при використанні накачування струмом низької частоти У відомому субміліметровому DCN-лазері з високочастотним накачуванням (Кубарев В В Куренский ЕА Сверхмалошумящий мощный DCNлазер с высокочастотной накачкой // Квантовая электроника, 1996, 23, №4 — С 311-314) застосовані ЗОВНІШНІ циліндричні електроди збудження, розташовані зовні розрядної трубки, які дозволяють виконати розрядну трубку суцільною без отворів та патрубків і використовувати и як хвилевод Накачування лазера здійснюється струмом високої частоти крізь стінку розрядної трубки Перевагою такого лазера є підвищені надійність, потужність і ККД, тому що втрати в резонаторі хвилеводного типу малі, а надійність - підвищена ЗОВНІШНІ електроди не схильні до корозії в активному середовищі лазера і це підвищує його ДОВГОВІЧНІСТЬ Недоліком цього лазера є потужні високочастотні поля, які виникають при роботі лазера з високочастотним накачуванням, що викликають радіоперешкоди і створюють екологічну небезпеку для навколишнього середовища й персоналу При використанні лазерів у медичних дослідженнях високочастотні поля вкрай небажані, тому що мо О 00 со о (О 60384 жуть маскувати ефект від впливу лазерного виЩІЛЬНІСТЬ струму вище на ділянках електрода промінювання Крім того, для накачування таких ближніх до протилежного електрода, то це прилазерів використовується дорогий потужний ламзводить до зменшення довжини розряду, викликає повий генератор, що має великі габарити і невисонеоднорідність активного елемента і знижує ККД кий ККД, виникають проблеми узгодження лазера лазера Крім того, враховуючи, що в субміліметроз генератором на різноманітних режимах роботи вому діапазоні різко зростають втрати випромінювання в трубках малого діаметра, це виключає У відомому субміліметровому HCN лазері для застосування такої конструкції у лазерах субмілібіомедичних досліджень (Субмиллиметровый HCN метрового діапазону лазер для биомедицинских исследований Дахов Н Ф , Каменев Ю Е , Киселев В К , Кулешов Е М , Задачею цього винаходу є використання накаРадионов В П // Радиофизика и электроника — чування током низької частоти крізь стінки розрядХарьков Ин-т радиофизики и электроники НАН ної трубки в лазерах субміліметрового діапазону, а Украины, 1997, том 2, №2 — С 150-153) використакож підвищення надійності і ККД газорозрядного тані внутрішні циліндричні електроди збудження, лазера шляхом збільшення довжини й однорідносгерметично встановлені на скляних патрубках, які ті активного елемента (газового розряду) за рахувпаяні у розрядну трубку Внутрішня порожнина нок укорочення електродів і вирівнювання ЩІЛЬНОелектрода контактує з активним середовищем і СТІ току по їхній довжині служить для збудження газового розряду, а зовніПоставлена задача вирішується в таким чишня поверхня виконує роль радіаторів Накачуном у газорозрядному лазері, що містить резонавання такого лазера здійснюється перемінним тор, циліндричні електроди збудження встановлені струмом частотою 50Гц Накачування лазера такої зовні діелектричної розрядної трубки резонатора і конструкції можливо здійснювати током широкого джерело струму накачування низької частоти, цидіапазону частот - від постійного до високочастотліндричні електроди збудження встановлені щодо ного розрядної трубки із зазором, заповненим електролітом і мають розширювальні бачки-радіатори, що Перевагою такого лазера є можливість викоз'єднані із зазором електродів ристання для накачування струмів різноманітних частот в тому числі і тих, що не створюють радіоЗавдяки тому, що між стінками розрядної труперешкод, це дозволяє використовувати лазер у бки й електродом є порожнина, заповнена електмедичних дослідженнях ролітом, вдається виключити пробивання разрядной трубки при використанні для накачування Недоліком є малі ККД і надійність лазера в поперемінного струму низької частоти Крім того, рівнянні з лазерами, що мають ЗОВНІШНІ електропроцеси пароутворення в електроліті дозволяють ди, тому що патрубки вносять додаткові втрати в вирівняти ЩІЛЬНІСТЬ току по довжині електродів, резонатор і знижують надійність розрядної трубки що збільшує довжину й однорідність активного Електроди такого лазера схильні до корозії у газоелемента (газового розраду) Отже, вдається підвому розряді вищити ККД і надійність лазера, не застосовуючи Найближчим по технічній сутності аналогом при цьому струм високої частоти, який створює (прототипом) є промисловий технологічний СО2 потужні поля, протипоказані для медичних застолазер МТЛ-2 (Технологические лазеры Справочсувань, ник Т1 под ред ГА Абильсиитова — Москва, Машиностроение, 1991 — С 124) з накачуванням Сутність винаходу пояснюється кресленням, током низької частоти Для накачування такого на якому зображена схема запропонованого лазелазера застосовані ЗОВНІШНІ циліндричні електрора ди збудження, виконані методом напилювання на Запропонований лазер містить розрядну трубЗОВНІШНІЙ поверхні циліндричних розрядних труку 1 з активною речовиною 2 і дзеркала 3, 4 утвобок, зібраних у пучок Розрядні трубки поміщені в рюючі резонатор Електроди збудження 5, 6 роздіелектричну охолоджуючу рідину Накачування ташовані зовні розрядної трубки 1 із зазором між лазера здійснюється током низької частоти крізь електродами і розрядною трубкою Простір між стінки розрядних трубок У цьому лазері вдалося електродами і розрядною трубкою загерметизовазнизити ЩІЛЬНІСТЬ току на електродах, збільшивши но і заповнено рідким електролітом 7 До електроїхню площу без істотного збільшення довжини, так дів 5, 6 приєднані розширювальні бачки-радіатори як площа поверхні трубок малого перетину більше 8, 9, у яких відбувається конденсація й охолоплощі однієї трубки великого перетину при однадження електроліту До електрода підключено ковому обсязі активної речовини Завдяки зниженгенератор накачування 10 низької частоти ню ЩІЛЬНОСТІ току на електродах і рідинному охоЛазер працює таким чином Генератор накалодженню вдалося уникнути пробою розрядних чування 10 створює на електродах 5, 6 перемінну трубок напругу низької (ультразвукової) частоти При цьому між електродами 5, 6 крізь шар електроліту Перевагою цього лазера є те, що електроди 1, стінки електричної розрядної трубки 1 і активну розміщені зовні розрядних трубок, а розрядні труречовину 2 протікає струм, завдяки якому активна бки виконані суцільними без розривів і отворів у речовина 2 переходить у збуджений стан При стінках Завдяки цьому знижуються втрати в резовідповідному настроюванні дзеркал 3, 4 у резонанаторі і підвищується ККД і надійність лазера Для торі виникає лазерне випромінювання, яке вивонакачування лазера використаний струм низької диться з резонатора через одне з дзеркал, викочастоти, що дозволило усунути паразитні ЗОВНІШНІ нане напівпрозорим електромагнітні поля Недоліком такого лазера є нерівномірність Розрядна трубка прохолоджується безпосереЩІЛЬНОСТІ струму по довжині електродів Оскільки дньо охолоджуючою рідиною (електролітом, що 60384виконує функції електрода), а не через електрод, як у прототипі Це запобігає и електричний пробій завдяки більш інтенсивному охолодженню, а також завдяки зниженню можливості пробою на неоднорідностях тому що тепловому виду електричного пробою попереднює локальний перегрів розрядної трубки в місцях и неоднорідностей, а це викликає інтенсивне паротворення електроліту в цих місцях і автоматично знижує ЩІЛЬНІСТЬ току в них Отже, вдається зменшити довжину електродів без збільшення можливості пробою розрядної трубки Це призводить до збільшення довжини розряду в резонаторі і збільшує ККД лазера У процесі роботи лазера відбувається вирівнювання ЩІЛЬНОСТІ струму по всій площі електродів Це відбувається завдяки тому, що на поверхні розрядної трубки в зоні електрода при и розігріві утворюються бульбашки пару й інтенсивність утворення цих бульбашок більша в тих місцях, де трубка більш розігріта (тобто в місцях найбільшої ЩІЛЬНОСТІ струму, на ділянках електрода розташованих ближче до протилежного електрода) Електрод у містах утворення бульбашок пару зменшує свою ефективну площу, електропровідність електроліту зменшується і це автоматично знижує ЩІЛЬ Комп'ютерна верстка А Крулевський НІСТЬ струму на цих ділянках Отже, відбувається автоматичне вирівнювання ЩІЛЬНОСТІ струму по всій поверхні електрода, а, також, і рівномірне збудження газового розряду в резонаторі Таким чином, вдається уникнути електричного пробою розрядної трубки й одержати рівномірно збуджену активну речовину на більшому просторі в резонаторі, що дозволяє підвищити ККД лазера Застосування однієї розрядної трубки, а не декількох, як у прототипі, дозволяє знизити втрати випромінювання в резонаторі лазера Запропоновану систему накачування було випробувано на субміліметровому HCN лазері Накачування здійснювалося перемінним струмом частотою 20-бОКгц Електричного пробою розрядної трубки не спостерігалося Отримані параметри потужності лазерного випромінювання аналогічні параметрам лазерів із високочастотним накачуванням при одночасній відсутності паразитних електромагнітних випромінювань Накачування током низької частоти з використанням запропонованих електродів можливо застосовувати й в інших газорозрядних лазерах, а також в пристроях аналогічного типу Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119